Máquinas e Equipamentos Agroindustriais Aula 01

Máquinas térmicas são sistemas termodinâmicos que trocam calor e trabalho com o meio externo. Os motores de combustão interna, por exemplo, recebem calor de uma fonte externa e transformam parte desse calor em trabalho mecânico. Este trabalho mecânico provém da energia térmica resultante da combustão gasosa gerada no interior do motor. A liberação desta energia faz movimentar todo o conjunto mecânico dos motores, através da reação termoquímica dos gases, ou seja, a reação exotérmica. Energia Alternativa: Muito tem se discutido ultimamente sobre energias alternativas, principalmente visando substituir o petróleo e seus derivados. No ciclo Otto estes estudos chegaram ao estágio atual com a utilização do etanol, que no Brasil ainda denominamos álcool combustível. Certamente, quando Otto concebeu seu protótipo, não imaginava sua evolução no conceito de novos combustíveis. Na direção do ciclo Diesel, vem o biodiesel como fonte alternativa na transformação de energia térmica em energia mecânica. Na verdade o que vem ocorrendo é um resgate do combustível antes utilizado, já que Rudolf Diesel utilizou no seu primeiro motor óleo de canola. Ciclos de Combustão: Quando os cientistas buscavam aperfeiçoar suas máquinas, estes estabeleceram que tivessem que fugir da imagem do princípio de funcionamento da combustão externa, ou seja, das máquinas a vapor, alvo de inúmeros acidentes envolvendo seus protótipos de veículos de passeio. Portanto, definiram que suas máquinas obedeceriam a tempos de funcionamento, para combustão de uma mistura numa câmara vedada, gerando energia mecânica, originada do aproveitamento de parte da energia térmica resultante dos tempos de funcionamento. Esse ciclo foi montado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Rudolf Diesel. Os quatro tempos do motor: Ciclo OTTO 1ºtempo Admissão: A válvula se abre admitindo uma mistura de ar+combustível, pulverizando-o em forma gasosa. Nesse momento, o pistão está descendo. 2ºtempo Compressão: Ao subir, o pistão vem comprimindo a mistura contida na câmara de combustão, visando atingir o ponto máximo. Nesse instante, a mistura começa a aquecer, devido ao contato com as partes quentes do bloco do motor. 3ºtempo Combustão: No ponto máximo, ponto morto superior (PMS), essa mistura recebe uma descarga elétrica (centelha). O resultado desta reação termoquímica é a geração de uma ação exotérmica, quando então a mistura libera calor, forçando o pistão para baixo (PMI) ponto morto inferior, com extrema força, movimentando o conjunto pistão/biela, que transmitem este movimento ao virabrequim, gerando assim, a energia mecânica. 4ºtempo Descarga: Nesse tempo, o pistão começa novamente a subir, expulsando os gases queimados, através da válvula de escape, completando dessa forma os quatro tempos de um motor à combustão. Motores de combustão interna também são popularmente chamados de motores a explosão. Esta denominação, apesar de freqüente, não é tecnicamente correta. De fato, o que ocorre no interior das câmaras de combustão não é uma explosão de gases. O que impulsiona os pistões é o aumento da pressão interna da câmara, decorrente da combustão. O que se pode chamar de explosão é uma detonação dos gases, que deve ser evitada nos motores de combustão interna, a fim de proporcionar maior durabilidade das mesmas e menores taxas de emissões de poluentes atmosféricos provenientes da dissociação de gás nitrogênio. Basta observar, por exemplo, os motores utilizados nas provas de "arrancada", onde o desgaste é intenso, devido à desproporção de mistura dos gases, conseguindo apenas uma média de cinco arrancadas por cada motor montado. Depois disso, vão direto para a retífica, para serem reconstruídos. Ciclo Diesel Neste ciclo, os tempos funcionam de maneira semelhante ao ciclo Otto, a diferença entre eles, se dá apenas na Admissão (1ºtempo), onde este aspira somente ar, com ausência de combustível, que só será pulverizado na compressão (2ºtempo), onde o contato com o ar atmosférico comprimido e já aquecido (contato com as partes quentes do motor) resulta na combustão, devido à propriedade termodinâmica apresentada pelo óleo diesel. Essa diferença entre os combustíveis confere ao ciclo Diesel, a propriedade de ser a máquina térmica que mais se aproxima do rendimento idealizado por Carnot. Temperatura de Trabalho: Uma importante característica dos motores, é a transformação gasosa ocorrida no interior das câmaras de combustão. Nos motor Diesel, o aumento de temperatura, resultante da combustão, situa-se entre 600°C e 800°C e a pressão resultante entre 65 a 130 Kgf/cm², respectivamente. Já no ciclo Otto, estando utilizando gasolina como combustível, a temperatura alcança uma variação entre 800° e 1000° e a pressão entre 60 e 80 Kgf/cm². Essa diferença no desempenho mostra a superioridade alcançada nos motores Diesel, que com uma temperatura média de trabalho (menor que nos motores do Ciclo Otto), apresentam maior pressão interna nas câmaras de combustão. Conseqüentemente, apresentam maior rendimento funcional. Isso explica o fato dos motores tradicionais (álcool/gasolina/GNV), terem suas temperaturas de trabalho aumentadas, nos últimos cinco anos, buscando melhorar a eficiência na queima dos combustíveis. Regimes de Funcionamento Os Motores Diesel apresentam diferentes regimes de funcionamento: a) Diesel Lento: Trabalham a uma rotação de 400 a 800 RPM. Grandes e robustos são empregados em navios e grandes sistemas de acionamento. b) Diesel Normal: Trabalham com rotações que variam de 800 a 2000 RPM. Geralmente empregados como estacionários, para acionamento de geradores de energia elétrica. c) Diesel Veloz: Apresentam rotações maiores que 2000 RPM. São estes motores que atualmente estão sendo utilizados nos veículos de passeio.

Refrigeração Aula 08

BTU/h significa Unidade Térmica Britânica por hora. É a unidade mais utilizada no Brasil para se definir a capacidade térmica de um equipamento. 12.000 BTU/h = 1 TR. Para que você tenha uma idéia de qual é o aparelho melhor adaptável ao seu imóvel, estima-se que, um ambiente com área de 6 m², como uma sala de um apartamento, é aconselhável uma oferta de 7.500 BTU's (British Thermal Unity - unidade britânica de medida térmica) de ar frio para deixar a temperatura do espaço confortável para duas pessoas. Essa carga térmica foi calculada para uma instalação em um andar intermediário do imóvel e, para cada pessoa a mais no ambiente, deve ser acrescentado 600 BTU/h.

Termodinâmica Aula 10

Uma usina termoelétrica pode ser definida como um conjunto de equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de um processo que consiste em três etapas. Nas usinas térmicas convencionais, a primeira etapa consiste na queima de um combustível fóssil, como carvão, óleo ou gás, transformando a água em vapor com o calor gerado na caldeira. A segunda consiste na utilização deste vapor, em alta pressão, para girar uma turbina, que por sua vez, aciona um gerador elétrico. Na terceira etapa, o vapor é condensado, transferindo o resíduo de sua energia térmica para um circuito independente de refrigeração(torres de resfriamento), retornando a água à caldeira, completando o ciclo. A potência mecânica obtida pela passagem do vapor através da turbina - fazendo com que esta gire - e no gerador - que também gira acoplado mecanicamente à turbina - é que transforma a potência mecânica em potência elétrica. A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras, dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. Daí, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores.

Gás Liquefeito de Petróleo

O gás de cozinha é combustível formado pela mistura de hidrocarbonetos com três ou quatro átomos de carbono ( propano 50% e butano 50% ) extraídos do petróleo, podendo apresentar-se em mistura entre si e com pequenas frações de outros hidrocarbonetos. Ele tem a característica de ficar sempre em estado liquido quando submetido a uma certa pressão, sendo por isto chamado de gás liqüefeito de petróleo (GLP). De fácil combustão, o GLP é inodoro mas, por motivo de segurança, uma substância do grupo MERCAPTAN é adicionada ainda nas refinarias. Ela produz o cheiro característico percebido quando há algum vazamento de gás. O GLP não é corrosivo, poluente e nem tóxico, mas se inalado em grande quantidade produz efeito anestésico. O GLP é um dos muitos derivados do petróleo. Por ser o mais leve deles, é o último produto comercial resultante da cadeia de extração. Antes dele são produzidos os óleos combustíveis, a gasolina, o querosene, o diesel, a nafta e, finalmente, o gás liquefeito de petróleo. Depois de produzido, o GLP é mandado para as companhias de gás por caminhões e gasodutos. Nelas, o GLP é engarrafado nas diversas embalagens, sendo a de 13 quilos a mais famosa, e segue para o consumo final. Para a indústria, o GLP é vendido a granel.Comparado a outros combustíveis, o GLP apresenta vantagens técnicas e econômicas, associando a superioridade dos gases na hora da queima com a facilidade de transporte e armazenamento dos líquidos. Como gás, sua mistura com o ar é mais simples e completa, o que permite uma combustão limpa, não poluente e de maior rendimento. Liqüefeito, sob suave pressão na temperatura ambiente, pode ser armazenado e transportado com facilidade, inclusive em grandes quantidades.Os botijões são fabricados com chapas de aço, capazes de suportar altas pressões e segundo normas técnicas de segurança da Associação Brasileira de Normas Técnica (ABNT). O gás dentro dos botijões encontra-se no estado líquido e no de vapor. Do volume do botijão, 85% é de gás em fase líquida e 15% em fase de vapor, o que constitui um espaço de segurança que evita uma pressão elevada dentro do botijão.

Refrigeração Aula 07

O conforto térmico no interior das edificações depende de aspectos como radiação solar, posição dos ventos e características climáticas do local, além do posicionamento do edifício, se a incidência de radiação se dá apenas pela manhã ou o dia todo, o tipo de fachada, espessura de paredes, dimensão das aberturas e materiais empregados. Esses dados podem ser equacionados numa estimativa que definirá a capacidade do equipamento de refrigeração recomendado para manter o conforto térmico dos ocupantes do ambiente. É importante destacar que qualquer relação entre a capacidade do sistema de refrigeração e a área a ser atendida serve exclusivamente como referência inicial, uma vez que a especificação correta depende da configuração física do espaço e de sua carga térmica, dado que varia em função da incidência solar e do calor gerado por pessoas e equipamentos. Para que a temperatura seja agradável e exista conforto térmico nos ambientes, recorremos aos sistemas de condicionamento de ar. Os sistemas de condicionamento de ar utilizados nas residências são conhecidos no mercado como aparelhos de “janela”, onde esse sistema apresenta um conjunto compacto, com as serpentinas de evaporação e condensação, montadas próximo ao motocompressor e aos ventiladores, responsáveis pelo deslocamento do ar condicionado para o interior do ambiente e a exaustão do calor da serpentina de condensação, realizando a dissipação, diminuindo a temperatura do fluido refrigerante. O princípio de funcionamento é o mesmo da geladeira. Os condicionadores de ar mais utilizados atualmente são os Split, sistemas de refrigeração destinados à climatização de ambientes, que possuem dois estágios diferentes: um é instalado no interior do ambiente (evaporador) e a outra fica do lado de fora (condensador e motocompressor). Além de manter o ar do ambiente agradável e com a temperatura controlada, os Split ainda reduzem o ruído de operação, já que o condensador e o motocompressor estão localizados na parte externa do ambiente. Possuem sistema de filtragem do ar através de filtros removíveis para limpeza periódica. O ciclo de refrigeração é por compressão de fluido, geralmente o R22, apresentando excelente eficiência, desde que estejam dimensionados respeitando as características do ambiente. Em aplicações comerciais e industriais de grande porte, recorremos aos projetos de refrigeração e climatização, como as centrais de ar condicionado, onde é gerado o ar climatizado e este é deslocado através de dutos para o interior do ambiente. Este sistema de refrigeração recorre ao fornecimento de energia fluídica, gerada por compressores, alimentados por motores elétricos e acionados por correias e polias. As centrais de ar condicionado e as câmaras de refrigeração, por serem sistemas extremamente controlados, com válvulas de expansão monitoradas por CLP, apresentam um rendimento superior e uma economia de energia elétrica considerável. Alguns desses sistemas são também monitorados por pressostatos, que controlam as pressões, mínima e máxima evitando vazamentos ou perdas de fluido refrigerante.

Refrigeração Aula 06

Compressores, motocompressores e ventiladores são máquinas operatrizes destinadas a promover o escoamento e o fluxo de um fluido compressível. Funcionam com deslocamento contínuo de gases e vapores, elevando sua energia utilizável, pelo aumento da sua pressão. Os Compressores são utilizados para proporcionar a elevação da pressão de um gás, conseqüentemente, aumentando também seu volume e sua temperatura. Essa compressão pode ocorrer adiabaticamente, quando o fluido se destina a um processo de combustão ou refrigeração, a fim de que resulte na obtenção de uma maior parcela de energia disponível no fluido, após o processo de compressão. Na Refrigeração, o fluido é direcionado para o Condensador, onde tem seu estado alterado em função do calor latente, passando de gasoso superaquecido para liquefeito. No entanto, alguns processos exigem diferentes aplicações, para os gases comprimidos, quando estes são armazenados em vasos de pressão ou reservatórios. Durante esse processo, o fluido gasoso assume uma temperatura mais baixa que a temperatura ambiente, produzindo com isto, um líquido condensado, que deve ser constantemente purgado, para não prejudicar as instalações pneumáticas. Figura 1 – Motocompressor Hermético. Podemos também considerar, os motocompressores herméticos e os compressores como bombas de fluidos, principalmente quando utilizamos estas máquinas para fins de refrigeração, comprimindo fluido refrigerante em estado gasoso. Estas máquinas funcionam como motores de combustão interna, no sentido inverso, recebendo energia eletromecânica e transformando-a em energia térmica, com a compressão do fluido refrigerante que absorve o calor do ambiente refrigerado, numa reação endotérmica que o fluido sofre, ao ser retirado do Evaporador de maneira brusca, pela ação do motocompressor. Os Ventiladores são máquinas destinadas ao escoamento e deslocamento de fluidos gasosos. São elementos indispensáveis ao funcionamento de sistemas de refrigeração e climatização. Com exceção das nossas geladeiras, todos os outros sistemas refrigerados necessitam de auxílio de ventiladores, para deslocar o calor das aletas das serpentinas de condensação para o meio externo. Nos condicionadores de ar e câmaras refrigeradoras, estes elementos desempenham papel muito importante. São responsáveis pela equalização do sistema, auxiliando na transformação do fluido do estado gasoso para o estado líquido e pela circulação do ar refrigerado, forçando a convecção que promove o conforto térmico do ambiente. Figura 2 – Ventiladores, Sopradores e Exaustores. Estas máquinas podem ter diferentes aplicações e apresentarem diferentes identificações por conta de suas operações. Podem ser identificados como ventiladores, sopradores ou exaustores. São máquinas utilizadas para dissipar o calor de ambientes e de máquinas e equipamentos, equalizando o ambiente com o equilíbrio da temperatura.